110kV接地變壓器的故障排除與保護設計探討

萬飛

（國網山東濟南市長清區供電公司，山東濟南 250300）

110kV接地變壓器的故障排除與保護設計探討

萬飛

（國網山東濟南市長清區供電公司，山東濟南 250300）

變壓器是電力系統中較為重要的一種設備組成。110kV接地變壓器在保護設計方面有一定問題，而且接地變壓器的故障有不同類型。文章對接地變壓器的故障類型進行分析，并對接地變壓器保護裝置提出一定改進方法。本文分析了接地變壓器的故障，鐵芯多點接地故障，研究了接地變壓器的保護配置與改進。

接地變壓器 故障 保護設計

變壓器是電力系統中較為重要的一種設備組成。在實際工作中，它的安全性對整個電力系統有重大影響。只有仔細檢查、確保它處在安全狀態中，并且排除操作中的故障，才能為電力系統和人們的日常生活提供安全環境［1］。

1 接地變壓器的故障分析

變壓器有內、外故障之分。變壓器油箱中主要有初始故障和電氣故障。而油箱外絕緣套管和引出線上的故障則是較為常見的外部故障。

1.1 電氣故障

變壓器內部電氣故障，可以通過對不平衡電流和電壓的數據進行分析得出測量結果。故障原因主要有高壓或者低壓繞組相間發生短路，中性點直接接地側單相接地發生短路，高壓或者低壓繞組匝間發生短路，以及第三繞組發生匝間短路或者接地故障這四種情況。發生電氣故障時，內部短路出現電弧，不僅會對繞組絕緣有一定破壞，還會燒毀鐵芯。變壓器油和絕緣材料在受熱情況下，會產生極多氣體，很可能導致變壓器油箱爆炸。而且變壓器內部發生故障可能造成整個系統電壓降低。遇到變壓器內部故障時，首先應該將變壓器切除［2］。

1.2 “初始”故障

這類故障可能在剛開始不會表現出故障，但是在隨后會引起不同的故障。常見的故障原因主要有導體間的鐵芯出現故障或者電氣連接處接觸不良，導致油箱附近出現間歇性電弧；變壓器中油的溫度因冷卻媒介不足而升高，造成繞組局部產生熱點；分接開關產生故障，使得并聯工作的變壓器出現負荷分配不當或變壓器之間的環流，導致繞組溫度過高。

2 鐵芯多點接地故障分析

2.1 試驗數據分析

（1）色譜數據。對試驗數據進行分析時，經常采用“三比值法”、“四比值法”。它們各有各的優點，當然也存在一定局限。三比值法主要是對已經發生的故障做數據分析。比如變壓器油中氣體組分含量超標或者產氣速率超過一定標準時，才能用三比值法對數據進行分析。而故障剛產生時，卻不能判斷。四比值法指的是，運用五種不同氣體的四組對比值對數據進行分析的方法。許多變壓器鐵芯多點接地故障都是運用四比值法判斷的，通過對鐵箱或者油箱產生的不平衡電流進行數據分析，能準確判斷出故障所在［3］。（2）電力測量數據。變壓器正常運行時，鐵芯外引接地套上接地引下線的電流值通常顯示的是低值。但是這一部分一旦發生故障，環流電流的數值會快速增加，以致達到百安培。這種情況下，可結合鉗形電流表對環形電流進行測量和觀察，能夠迅速對故障判斷。當變壓器停止運行時，可以使用2500伏特兆歐表對鐵芯接地套管進行絕緣電阻測試。如果電阻數值大幅度減少甚至減少到零，很有可能變壓器內部已經出現多點接地問題。出現這種情況之后，可以通過測量得出各級繞組的直流電阻數據。分析數據后，各數值沒有出現超標和偏差，并且數值的變化符合規律，這就表明鐵芯多點接地故障已經發生。要及時對設備進行檢查。

2.2 設備運行狀態

技術人員在變電站作業過程中，不僅要對有關操作時間、載荷等進行徹底檢查，還要結合變壓器的歷史運用記錄和變壓器的安裝試驗記錄，對整個變電設備的運行狀況進行分析。可以參照試驗數據和色譜分析結果，確定多點接地故障的類型。如果色譜分析結果在正常范圍內，鐵芯電阻數值減少、變壓器尚未運行，很可能是不穩定接地故障。發生這種情況，主要是油膩引起的鐵芯多點接地，及時處理便可調整故障。

3 接地變壓器的保護配置與改進

3.1 接地變壓器的保護配置和存在的問題

保護裝置存在靈敏性不夠好以及保護拒動問題。110kV接地變壓器通常連接二次線圈，二者一起工作，但是這樣會出現電阻較大的情況。接地變壓器內部發生故障時，如繞組匝間發生短路或者二次側繞組出現相間短路，由于一次側繞組和二次側繞組之間的繞組容量數值相差較大，導致一次側繞組的電流數值大幅降低出現電流保護靈敏性不足的情況［4］。

3.2 接地變壓器保護配置的改進

（1）將三相電流互感器二次側繞組接成△接線。實際情況中，通常用三相電流互感器二次側繞組Y接線作為接地變壓器過電流保護接線方式。外部單相接地故障發生時，零序電流和低壓側負荷電流是高壓側相電流的反應。而保護裝置取的是高壓側相的電流，所以定值不能過大。定值過大會導致過電流保護靈敏性降低，出現保護不到的情況。將Y接線換成△接線，保護裝置取高壓側的線電流，也就是二次繞組負荷電流，過電流保護整體定值降低，使得靈敏性不斷提高。（2）分相配置溫度傳感器。用溫度傳感器測量繞組或者絕緣的實際溫度，并有控制器發出跳閘信號或者輸出報警，這是接地變壓器的溫度保護方式。接地變壓器常常是分相布置的形式，所以應在每一相中都配上溫度傳感器測量繞組或絕緣的溫度，保證安全性。（3）設置Y型接線的過電流保護二段。△型接線過電流反應的不是零序電流，所以發生中性點引出線直接接地故障時不能及時切除，造成故障不斷擴大或者其他情況發生。應當設置過電流保護二段，以防故障發生時能及時反應，工作人員能及時切除。

4 結語

接地變壓器有內部故障和外部故障兩種故障類型，不同的故障有不同的解決方法。解決時，要對相關檢測數據進行認真分析，根據數據分析結果可以判斷出故障類型。接地變壓器的保護裝置存在靈敏度問題和保護拒動問題，對保護裝置改進之后能提高這方面性能。

［1］劉超，何林海，崔曉云，李春生，馬曉煒.110kV變壓器中性點零序保護配置方式研究［J］.電力系統保護與控制，2010（02）∶114-117.

［2］陶金.接地變壓器的仿真分析與保護設計［D］.長沙理工大學，2010.

［3］王徑迤，趙景峰，支淼川，倪佳.110kV變壓器鐵芯接地故障分析及實例研究［J］.華北電力技術，2016（01）∶18-23.

［4］胡晨旺.接地變壓器的故障分析與保護設計［D］.長沙理工大學，2012.